DE10045594A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Hohlkörpern - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Herstellen von Gussteilen wird vorgeschlagen, an die Entlüftungsöffnungen der Entlüftungskanäle einen Unterdruck anzulegen, um die sich bildenden Gase abzusaugen. Dadurch wird es möglich, nicht nur die Schädigung der Oberfläche von Sandkernen zu verringern bzw. zu beseitigen, sondern auch die Querschnitte der Entlüftungskanäle kleiner zu machen. Dadurch kann die Nacharbeit beim Beseitigen von überschüssigem Metall verringert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Hohlkörpern, insbesondere von Hohlkörpern für die Armaturenindustrie. Die Armaturen bestehen üblicherweise aus Messingguss oder Aluminium, wobei zur Herstellung insbeson­ dere das Niederdruckkokillengussverfahren und das Schwer­ kraftgießen üblich sind. Für die Herstellung der Hohlkörper werden Kokillen verwendet, in denen ein Kern angeordnet wird, bei dem es sich üblicherweise um einen Sandkern handelt. Dieser Kern muss nach dem Guss aus dem Hohlraum wieder entfernt werden.

In einer Stahlkokille wird die Außenkontur des zu gießenden Armaturenteils eingearbeitet. Die Innenkontur des zu gießen­ den Teiles wird durch einen Sandkern gebildet, der in die Stahlkokille eingelegt wird. Der Sandkern besteht aus Sand, dessen Sandkörner durch ein Bindemittel gebunden sind, damit der Kern eine ausreichende Stabilität erhält. Als Bindemittel kommt z. B. ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz in Frage.

Die Stahlkokillen bestehen üblicherweise aus zwei Teilen, die längs einer Trennebene getrennt sind. Zunächst wird in eine Hälfte der Kokille der Sandkern eingelegt und dann die andere Hälfte der Kokille mit der ersten Hälfte verbunden. Dadurch sind die Hohlräume gebildet. Anschließend wird das Metall durch eine Eingießöffnung in die Hohlräume innerhalb der Kokille eingefüllt. Beim Niederdruckverfahren wird das flüssige Metall mit Druck üblicherweise von unten her einge­ füllt. Dies geschieht über Kanäle, die mit der zu gießenden Form verbunden sind. Beim Schwerkraftgießen wird das flüssige Metall von oben eingegossen und fließt aufgrund seines Gewichts nach unten in die definierten Hohlräume.

Die beim Einbringen des Metalls verdrängte vorher in der Form vorhandene Luft strömt durch Entlüftungskanäle nach außen. Das flüssige Metall steigt in den Entlüftungskanälen nach, wobei dieses Nachsteigen sowohl vom Fülldruck als auch vom Querschnitt der Kanäle abhängt.

Wenn das heiße Metall auf die Sandkerne trifft, verbrennt das Bindemittel an der Oberfläche. Es entstehen heiße aggres­ sive Gase, die entlang des Sandkerns in Richtung Entlüftungs­ öffnung abströmen. Je komplizierter die Kontur des Gusstei­ les, und je länger die Fließwege sind, desto mehr wird die Oberfläche der Sandkerne von den heißen Gasen beeinflusst. Diese beschädigen die Oberfläche der Sandkerne, d. h. es kommt zur Sandpenetration.

Um dieses Problem zu verringern, wird im Stand der Technik mit großen und vielen Entlüftungsöffnungen gearbeitet. Diese füllen sich jedoch mindestens teilweise mit dem Metall, was einen Materialmehrverbrauch und eine größere Nacharbeit bedeutet. Denn diese durch Entlüftungen, Speiser und Überläu­ fe verursachten Angüsse müssen nach Herstellung der Armatur wieder entfernt und aufbereitet werden.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass wegen der Beschädi­ gung der Oberfläche der Sandkerne eine rauhe Oberfläche entsteht, die sich auf der Innenkontur des Gussteils abbil­ det. Nach dem Entfernen der Sandkerne haftet mehr Sand in der Innenkontur, insbesondere an der Grenzschicht. Dieser Sand ist sehr schwer zu entfernen, und die verbliebenen Reste stören später bei der mechanischen Innenbearbeitung. Dies führt zu Standzeitverlusten der Bearbeitungswerkzeuge. Außerdem stören die Sandreste bei der späteren galvanische Veredelung. Dort werden die Galvanikbäder durch später noch ausgeschwemmte Reste verschmutzt, was den Ausschuss bei der Galvanik erhöht und damit zusätzliche erhebliche Kosten verursacht.

Bei komplizierten Gussteilen können die heißen Gase nicht nur die Oberfläche der Kerne schädigen, sondern auch Poren und Lunker im Gussteil verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mit geringem Aufwand eine gute Qualität der Gussteile ohne zusätzliche Nachbearbeitung zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren Wortlaut ebenso wie der Wortlaut der Zusammenfassung durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird.

Durch das Absaugen der ausströmenden Gase wird verhindert, dass diese an der Oberfläche der Sandkerne einen schädigenden Einfluss auf diese ausüben. Darüber hinaus ist es möglich, die Entlüftungskanäle enger zu gestalten, so dass auch die Menge des später zu entfernenden Materials und damit auch die Nacharbeit verringert werden kann. Es besteht jetzt die Möglichkeit, die Wandstärken zu verringern und kompliziertere Gussteile herzustellen.

Eine Möglichkeit, wie das Ausströmen der Gase unterstützt werden kann, besteht darin, dass mindestens ein Entlüftungs­ kanal unter Unterdruck gesetzt wird.

Es ist ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vorge­ schlagen, dass die Giessform an allen Seiten mit Ausnahme der Eingussstelle unter Unterdruck gesetzt wird. Hierdurch kann auch an der Trennfuge zwischen den beiden Hälften der Kokille ein Unterdruck erzeugt werden, so dass auch dort entweichen­ des Gas und/oder verdrängte Luft abgesaugt werden kann.

Ebenfalls möglich ist es, die beiden Hälften der Gießform gegeneinander abzudichten, so dass Gase nur an den definier­ ten Stellen durch die Entlüftungskanäle ausströmen können.

Dann, wenn mehrere Entlüftungskanäle vorhanden sind, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, jeden Entlüftungskanal getrennt unter Unterdruck zu setzen.

Die Erfindung ist sowohl dann anwendbar, wenn das Gießen unter Druck erfolgt, als auch bei Gießen unter Schwerkraft.

Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, den Unterdruck zu steuern bzw. zu regeln, und zwar in Abhängigkeit beispiels­ weise von dem Fortschreiten des Gusses und/oder in Abhängig­ keit von dem Gießdruck.

Erfindungsgemäß kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass der Druck des Gießens und/oder der Unterdruck während des Gießens verändert wird, wobei insbesondere das Verhältnis von Druck und Unterdruck während des Gießens verändert werden kann.

Die von der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung enthält eine zweigeteilte Gießform, die eine Eingießöffnung und mindestens einen aus einem Hohlraum herausführenden Entlüftungskanal aufweist. Die Eingießöffnung kann mit einem Gießloch verbun­ den werden, und der Entlüftungskanal mündet in einer Entlüf­ tungsöffnung an der Außenseite der Gießform. Mit dieser Entlüftungsöffnung kann ein Anschluss für eine Unterdruck­ quelle verbunden werden. Dadurch wird es möglich, mit engen Entlüftungskanälen auszukommen, so dass die Nachberarbeitung des Angusses verringert wird, und es lassen sich die schädi­ genden Gase schnell absaugen.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gießform mit Ausnahme der Eingießöffnung und dem Entlüftungs­ kanal gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist. Es kann dadurch erreicht werden, dass die abzusaugenden Gase nur an den hierfür vorgesehenen definierten Stellen austreten.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die beiden Hälften der Gießform gegenseitig abgedichtet sind, was beispielsweise dadurch geschehen kann, dass in der Trennfläche der einen Hälfte der Gießform eine Nut zur Aufnahme einer Dichtung angeordnet wird.

In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass von mehreren Entlüftungsöffnungen jede, ggf. getrennt, mit der Unterdruck­ quelle verbindbar ist. Je nach Größe der Entlüftungsöffnung oder dem speziellen Zweck kann hierdurch eine besondere Anpassung des Absaugens an die Formen der herzustellenden Gussteile bewirkt werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Unterdruckkammer aufweist, die an die Form ansetzbar ist und gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist. In dieser Unter­ druckkammer kann der Anschluss für die Unterdruckquelle münden. Sie wird so an die Gießform angesetzt dass die Entlüftungsöffnungen innerhalb des von der Unterdruckkammer belegten Bereichs angeordnet sind.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Gießloch am Ende eines Steigrohrs angeordnet ist und das Gießen unter Druck erfolgt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Gießdruck mit Hilfe einer Druckmesseinrichtung gemessen wird.

Es kann ebenfalls vorgesehen sein, den Unterdruck der Unter­ druckquelle zu steuern, wobei ggf. die mehreren Entlüftungs­ öffnungen getrennt gesteuert werden. Dadurch kann ggf. die Zone des Zusammenflusses bei komplizierten Teilen so beein­ flusst werden, dass sie in unkritische Bereiche verlegt wird.

Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung eine Einrichtung zum Regeln des Unterdrucks in Abhängigkeit von dem Gießdruck und/oder dem Fortschreiten des Gießvorgangs aufweisen. Die Druck- und Unterdruckverhältnisse können an die Gießkurve angepasst werden.

Eine weitere Möglichkeit des Absaugens besteht darin, dass die Trennfuge zwischen den beiden Hälften der Gießform unter Unterdruck gesetzt wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Gießform nach dem Herstellen eines Gusses;

Fig. 2 einen Schnitt etwa längs Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ein Schnitt längs Linie III-III in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Gießform, wobei der Schnitt in die Ebene der Trennfuge zwischen den beiden Hälften der Kokille gelegt ist. Die Gießform weist an ihrer Unterseite eine Eingießöffnung 1 auf, die im dargestellten Beispiel durch den Anguss 2 gefüllt ist. Der Anguss 2 führt zu den Formnestern, in denen die Sandkerne 3 unter Belassung eines Zwischenraumes angeordnet sind. Der Zwischenraum ist durch das Gussteil 4 gefüllt. Dieses Gussteil 4 ist das gewünschte Teil, das hergestellt werden soll.

Die Hälfte 5 der Kokille enthält zwei äußere Entlüftungs­ kanäle 6, die aus einem Hohlraum 7 in Richtung auf die obere Fläche 8 der Kokillenhälfte 5 führen und dort als Entlüf­ tungsöffnungen ausmünden.

In mittleren Bereich ist ein weiterer Entlüftungskanal 9 vorgesehen, der ebenfalls an der Fläche 8 ausmündet.

Aus den Formnestern für die Armaturengussteile führen zwei Steiger 10 ebenfalls zu der Fläche 8. Diese Steiger 10 werden durch die vorgeschlagene Unterdrucktechnologie eigentlich nicht mehr benötigt.

Mit der Eingießöffnung 1 wird ein Gießloch 11 in Verbindung gebracht, das am oberen Ende eines Steigrohrs 12 angeordnet ist. Durch das Steigrohr 12 wird das flüssige Metall in die Form eingepresst.

Im Bereich des Randes der sichtbaren Trennfläche der Kokil­ lenhälfte 5 verläuft eine Nut 13, in die eine Dichtung eingelegt wird. Diese Dichtung dient bei zusammengesetzter Kokille der Abdichtung zur Atmosphäre.

Auf die Oberseite der Kokille wird ein Bauteil 14 aufgesetzt, das in seinem Randbereich eine Dichtung 15 aufweist. Das Bauteil 14 weist die Form einer flachen Schüssel auf und bildet zwischen der Fläche 8 der Kokille und seiner Innensei­ te eine Kammer 16. Diese Kammer 16 steht über zwei Durchgänge 17 mit einer Unterdruckquelle in Verbindung.

Innerhalb des Randes des Bauteils 14 münden die Entlüftungs­ leitungen 6, 9 und der Steiger 10. Die beim Gießvorgang verdrängten Gase und die sich bildenden Gase gelangen alle in die Kammer 16, aus der sie durch die Durchgänge 17 abgesaugt werden.

Fig. 2 zeigt einem Querschnitt durch die zusammengesetzte Kokille mit dem aufgesetzten Bauteil 14. Dadurch ist zu sehen, dass die Kammer 16 allseitig abgeschlossen ist. Der Steiger 10 ist teilweise von überschüssigem Metall 18 ge­ füllt. Dieses Metall muss nach dem Entfernen des Gussteils aus der Kokille beseitigt werden. Es ist verständlich, dass dann, wenn die Querschnitte der Entlüftungsleitungen bzw. Steiger kleiner sind, auch weniger Metall entfernt werden muss. Der Hohlraum des Gussteils 4 ist von dem Sandkern 3 ausgefüllt. Im Bereich der Unterseite ist die in die Nut 13 eingelegte Dichtung 19 zu sehen.

Durch das Absaugen aus der Kammer 16 können die sich bilden­ den Gase, die den Sandkern 3 schädigen könnten, schnell abgesaugt werden, so dass keine Schädigung der Oberfläche der Sandkerne 3 mehr auftritt. Darüber hinaus ist es möglich, den Querschnitt des Steigers, siehe Fig. 2, und auch den Quer­ schnitt der Entlüftungsleitung 6, siehe Fig. 3, kleiner auszugestalten. Dennoch kann das Absaugen sehr schnell geschehen.

Claims (20)

1. Verfahren zum Gießen von Hohlkörpern, bei dem

• 1. 1.1 eine Gießform (5) hergestellt wird,
• 2. 1.2 das Gussmaterial in Hohlräume der Gießform (5) eingebracht wird,
• 3. 1.3 die verdrängte Luft und die sich bildenden Gase durch Entlüftungskanäle (6, 9, 10) ausströmen und
• 4. 1.4 das Ausströmen der Gase durch Unterdruck unter­ stützt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Entlüftungskanal (6) unter Unterdruck gesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Gießform (5) an allen Seiten mit Ausnahme der Eingießöffnung (1) unter Unterdruck gesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die beiden Hälften (5) der Gießform gegeneinander abgedichtet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem von mehreren Entlüftungskanälen (6, 9, 10) jeder getrennt unter Unterdruck gesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gießen unter Druck erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Unterdruck in Abhängigkeit von dem Druck gesteuert bzw. geregelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Trennfuge der Form (5) unter Unterdruck gesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Druck des Gießens und/oder der Unterdruck während des Gießens verändert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem das Verhältnis von Druck und Unterdruck während des Gießens geändert wird.

11. Vorrichtung zum Gießen von Hohlkörpern, mit

• 1. 11.1 einer geteilten Gießform (5), die
  • 1. 11.1.1 eine Eingießöffnung (1) aufweist,
• 2. 11.2 einem Gießloch (11), das
  • 1. 11.2.1 mit der Eingießöffnung (1) verbindbar ist,
• 3. 11.3 mindestens einem Entlüftungskanal (6, 9, 10), der
  • 1. 11.3.1 als Entlüftungsöffnung an einer Außenseite (8) der Form (5) ausmündet, sowie mit
• 4. 11.4 einem Anschluss für eine Unterdruckquelle, der
  • 1. 11.4.1 mindestens mit der Entlüftungsöffnung verbind­ bar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Gießform (5) zur Atmosphäre abgedichtet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Teile (5) der Gießform gegenseitig abgedichtet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der von mehreren Entlüftungsöffnungen jede, ggf. getrennt, mit der Unterdruckquelle verbindbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einer an die Form (5) ansetzbaren, der Atmosphäre gegenüber abgedichteten Unterdruckkammer (16).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der das Gießloch (11) am Ende eines Steigrohrs (12) angeord­ net ist und das Gießen unter Druck erfolgt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, mit einer Druckmessein­ richtung zur Messung des Gießdrucks.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, mit einer Einrichtung zur Steuerung bzw. Regelung des Unterdrucks, ggf. für die mehreren Entlüftungsöff­ nungen getrennt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, mit einer Einrichtung zum Regeln des Unterdrucks in Abhängigkeit von dem Gießdruck und/oder dem Fortschreiten des Gieß­ vorgangs.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, bei der die Trennfuge zwischen den beiden Hälften (5) der Gießform unter Unterdruck gesetzt wird.